水系电化学电容器正极材料的制备、表征与电化学性能研究

摘要

目前，受到各国关注的新型可再生的能源有风能、水能、太阳能等，与传统能源相比，新能源具有的特点有污染较少和储量较大，这对于当前化石能源枯竭以及环境污染问题的解决具有相当大的意义。然而，这些能源的应用会受限于地域条件和自然条件，因此无法满足大伙对能量的需求。于是，迫切需要这样一个能量存储系统：能量多时可以将其储存起来，需要时则可以将其释放出来。
　　本论文的研究重点为制备适合于水系超级电容器的正极材料，在提高电极材料的比容量的同时又提高材料的循环性能。
　　本工作的内容和结果有以下3部分：
　　（1）由固相法制备的h-BN和h-BN/C两种电极材料分别在2 mol L-1 KOH水溶液中进行单电极电化学性能测试，在0.5 A g-1的电流密度下，h-BN的比电容为54.8 F g-1。在相同的电流密度，h-BN/C的比电容可以达到250 F g-1高达h-BN4.56倍左右。并且h-BN/C电极材料在1000次循环之后容量保持率可达88.9%。二者分别与活性炭电极组装成水系不对称电容器，电压窗口为0～1.45 V。AC//h-BN/C电容器在功率密度为511 W kg-1时，其能量密度可达16.4 Wh kg-1，AC//h-BN体系在功率密度为511 W kg-1时，其能量密度仅为5.1 Wh kg-1。并且AC//h-BN/C电容器的循环稳定性能比较好，经过1000次的循环，电容基本没有损失。
　　（2）由固相法合成出不同孔径的多孔碳（MgC-T）电极材料，发现该电极材料在0.5 mol?L-1 H2SO4+0.5 mol?L-1 LiBr水溶液中测试，在电流密度为30 A g-1时，MgC-900电极材料在三种多孔碳之中具有最高的容量为1100 mAh g-1。是因为900℃制备出的多孔碳的平均孔径大些，可为电化学反应提供能更多的反应活性点，从而使体系的赝电容增大。
　　（3）通过简单的水热法先制备出了Zn-Ni MOFs材料，再将其进行煅烧制备出ZnO-NiO复合材料（Zn0.8Ni0.2O）。该Zn0.8Ni0.2O电极材料在2 mol L-1 KOH电解液中表现出较优异的电化学性能。在电流密度为1 A g-1时，Zn0.8Ni0.2O电极材料的比容量为175 F g-1远远超之单纯ZnO材料的比容量（20 F g-1）并且具有较好的倍率性能。在900次充放电循环后，容量衰减率为19.5%，表现出较好的循环性能。

目录

声明

第一章 绪 论

前言

1.1电化学电容器

1.2双电层电容器

1.3 赝电容电容器

1.4 混合型电容器

参考文献

第二章 实验部分

2.1 实验药品

2.2 实验仪器

2.3 电极材料的结构、组成和形貌表征

2.4 电化学性能测试

2.5 电化学数据的相关处理

参考文献

第三章 h-BN/C复合材料的电化学性能研究

3.1 引言

3.2 h-BN和复合材料h-BN/C电极材料的制备

3.3 纳米片状h-BN以及复合材料h-BN/C结构和形貌表征

3.4 h-BN和复合材料h-BN/C的电化学性能

3.5 小结

参考文献

第四章 高比表面积多孔碳的制备与电化学性能研究

4.1引言

4.2 MgC-T电极材料的合成与制备

4.3 MgC-T的结构和形貌表征

4.4 MgC-T材料电极的电化学性能测试

4.5 小结

参考文献

第五章 Zn0.8Ni0.2O复合材料的制备及电化学性能研究

5.1 引言

5.2 Zn0.8Ni0.2O复合材料的合成

5.3 Zn0.8Ni0.2O复合材料的结构和形貌特征

5.4 Zn0.8Ni0.2O材料的电化学性能

5.5 小结

参考文献

第六章 结论和展望

6.1 结论

6.2 展望

致谢

攻读硕士学位期间发表论文